Récupération de chaleur sur groupe de production de froid

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1 Certificats d économies d énergie Fiche de calcul n BAT-TH-39 Récupération de chaleur sur groupe de production de froid A- SECTEUR D'APPLICATION Bâtiments tertiaires : locaux de commerces de distribution alimentaire. B- DENOMINATION DE L'OPERATION STANDARDISEE Mise en place d un système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid afin de chauffer ou préchauffer de l eau ou de l air. C- CRITERES DE DIFFERENCIATION DES PERFORMANCES DE L OPERATION STANDARDISEE EN FONCTION DES CONDITIONS DE MISE EN ŒUVRE Critère 1 : Puissance électrique nominale du (des) compresseur(s) du groupe froid. D- STATISTIQUES DE CONSOMMATION MOYENNE Selon l étude CEREN 4550 de juillet 2004, la consommation annuelle d électricité dans le secteur tertiaire, était en 2002 de 8,8 TWh pour le froid de process et de 11 TWh pour la climatisation. Les principaux consommateurs du secteur tertiaire sont mentionnés dans les tableaux ci-dessous Groupe de travail Document de référence Industrie Agriculture Réseaux Bâtiment résidentiel Services d'efficacité énergétique X Bâtiment tertiaire Transport N Nom Re validation / commentaires Nom Expert validation / commentaires date porteur(s) de v porteur(s) de fiche ATEE ADEME Expert ADEME fiche BT /06/20 11 B. Ballot- Miguet OK Autres remarques - Page 1/6

2 Consommation annuelle d électricité pour la production Secteur d activité dans le tertiaire de froid Process (GWh) Commerce de gros alimentaire 537 Boucherie, charcuterie, poissonnerie 843 Boulangeries et autres commerces de pain 268 Hypermarchés Supermarchés, grands magasins Supérettes, crémeries 451 Commerces de produits surgelés 402 Commerces divers 67 Entrepôts frigorifiques Cafés, hôtels, restaurants Autres branches 955 Total (GWh) Consommation d électricité dédiée au froid confort dans le tertiaire BUREAUX CAfésHOtelsREstaurants 992 COMMERCES ENSEIGNEMENT 308 HAB. COMMUNAUTAIRE 103 SANTE SPORT, LOISIRS, CULTURE 825 TRANSPORT 130 TOTAL TERTIAIRE L étude CEREN 0356 de mars 2002 donne une estimation du taux de pénétration pour les technologies de récupération de chaleur sur groupe frigorifique pour 2010 : 11% pour la récupération au condenseur et 15% pour celle au désurchauffeur et 29% sur les refroidisseurs d huile. E- SITUATION DE REFERENCE L action s applique à des installations frigorifiques neuves ou existantes, sans critère de puissance, sur lesquelles on installe un système de récupération de chaleur pour les usages suivants (exemples non limitatifs) : Préchauffage d Eau Chaude Sanitaire (ECS) Chauffage d eau de process Préchauffage d eau de chauffage Chauffage de locaux Préchauffage d air La récupération de chaleur est possible sur les trois organes suivants : - Page 2/6

3 Condenseur Désurchauffeur Refroidisseur d huile (cas d un compresseur à vis) Exemple : Préchauffage d Eau Chaude Sanitaire : ECS Refroidisseur d huile (Compresseurs à Vis) T Compresseur Séparateur d huile Désurchauffeur Evaporateur Condenseur Vanne de détente Condenseur de sécurité Groupe frigorifique Partie Utilité : Récupération de Chaleur pour préchauffage d Eau F- MONTANT DE GAIN ENERGETIQUE GENERE PAR OPERATION STANDARDISEE (exprimé en kwh/an) L énergie récupérable est directement liée à la puissance du compresseur. Le schéma cidessous représente le cycle thermodynamique d une machine frigorifique avec les notations suivantes : Q c : Chaleur cédée au milieu à réchauffer. Q f : Energie frigorifique apportée au milieu à refroidir. W elec : Energie apportée par le compresseur sous forme de travail. Pression Q c Q f W elec Enthalpie - Page 3/6

4 D après de nombreux retours d expériences, on constate, que le Coefficient de Performance de réfrigération ( ) moyen dans le tertiaire est de 2 et donc que le est de 3 : Ainsi, l énergie disponible au niveau du système de refroidissement du fluide frigorigène est 3 fois plus importante que l énergie apportée sous forme de travail. Puissance thermique potentiellement récupérable = 3 x Pcomp avec Pcomp puissance électrique du ou des compresseurs frigorifiques en kw. Coefficient correcteur de valorisation réelle : Le potentiel de chaleur récupérable aux bornes d un groupe frigorifique est rarement égal au potentiel réellement valorisé. Il est donc nécessaire d appliquer un coefficient correcteur pour le calcul de l économie réelle. Ce coefficient dépend de l utilisation qui est faite de la chaleur (sur eau, sur air, pour chauffage de locaux, pour eau chaude sanitaire, pour préchauffage d eau de process ). Ce coefficient correcteur dépend également du fluide frigorigène et de la température de récupération. En effet, au désurchauffeur et au refroidisseur d huile, les températures de récupération sont plus élevées (environ 70 C) qu au condenseur (environ 30 C). L idéal serait de connaître les besoins et la chaleur récupérable sur les groupes frigorifiques mois par mois, et par zone climatique, afin de réaliser un bilan. Cependant, les données mois par mois ne sont pas disponibles. Nous ne disposons que des consommations annuelles par secteur, par application et par énergie. Par exemple, dans le Commerce de Gros Alimentaire, on a les consommations indiquées dans le tableau ci-dessous 1. Consommations énergétiques en GWh/an pour 2006 dans le commerce de gros alimentaire Chauffage Eau chaude sanitaire Cuisson Autres usages Climatisation Ensemble Electricité (dont Froid process ~550) Gaz Fuel Autre Total Sur cet exemple, la consommation due à la climatisation (froid confort) est de 652GWh/an, et celle due au froid process est d environ 550 (étude Ceren 4550 de juillet 2004), soit au total 1200GWh/an. Avec un COP de 3 indiqué précédemment, la chaleur disponible est de 3600GWh/an. On voit que ce chiffre est bien inférieur au besoin en chauffage et en ECS, donc potentiellement, toute la chaleur disponible aux bornes des groupes frigorifiques est récupérable. 1 Etude Ceren n 9240 Suivi du parc et des consommations d énergie du secteur tertiaire en 2008», Janvier Page 4/6

5 Des pertes sous forme de chaleur interviennent principalement à deux endroits : Lors du passage dans le compresseur : seuls 90% de l énergie électrique absorbée par le compresseur sont transférés au fluide frigorigène sous forme de travail W elec. Lors du passage dans les échangeurs de récupération de chaleur : seuls 75% de l énergie disponible dans le fluide sont transférés à la partie utilité. En effet, il est souvent utile de rajouter un échangeur permettant de séparer le circuit de refroidissement primaire du circuit utilité. Ceci constitue une mesure de sécurité dans le cas où le fluide frigorigène peut être dangereux, comme avec l ammoniac. D avis d expert 2, la récupération pour l'ecs se fait sur la désurchauffe en raison du besoin à haute température. On constate sur la plupart des installations déjà existantes que l énergie récupérée aux bornes du désurchauffeur est égale à 25% du potentiel récupérable. En hiver, la récupération de chaleur est également utilisée pour le chauffage des réserves et pour l aire de vente. La totalité de la production de chaleur du groupe frigorifique dédié au process peut être récupérée. Ainsi, le facteur de valorisation pour l ECS vaut : 0,90 0,75 0,25 0,17 Et le facteur de valorisation pour le chauffage est de : 0,90 0,75 1 0,675 Prise en compte du nombre d heures de fonctionnement annuel : Le nombre d heures de fonctionnement d un groupe frigorifique dédié au process dans les supermarchés obéit aux lois suivantes : fonctionnement 100% du temps d ouverture du magasin en été (4 mois) 60% en hiver (8 mois) le magasin est ouvert 6 jours sur 7, 2*8h sur 24h. 25% pendant les heures de fermetures du magasin été hiver ouverture 100% 60% fonctionnement compresseurs 6 6 j/sem 4 8 mois/an 52/12 52/12 sem/mois h/jour TOTAL ouverture h/an fermeture hebdo 25% 25% fonctionnement compresseurs 1 1 j/sem 4 8 mois/an 52/12 52/12 sem/mois h/jour TOTAL fermeture hebdo h/an fermeture quotidienne 25% 25% fonctionnement compresseurs 6 6 j/sem 4 8 mois/an 52/12 52/12 sem/mois 2 Avis d expert : Jean-Marc JIQUEL, EDF/R&D, juin Page 5/6

6 8 8 h/jour TOTAL fermeture quotidienne h/an Total fonctionnement annuel 4597 h/an Le besoin en eau chaude sanitaire n existe que 6 jours sur 7. Durant ces 6 jours, la récupération se fait 24h/24 (stockage), toute l année, et généralement uniquement sur les groupes frigorifiques dédiés au process. On a donc un nombre d heures de récupération de = 4285 h/an. En hiver, la récupération de chaleur est également utilisée pour le chauffage des réserves et pour l aire de vente. Le nombre d heures de récupération est donc de = 2621 h/an. Le montant de gains énergétique en kwh/an est donc : E ECS = 3*0,169*4285*Pcomp = 2172*Pcomp E Chauffage = 3*0,675*2621*Pcom = 5307*Pcomp Si la chaleur est récupérée sur les 2 usages (ECS et chauffage), alors il convient de multiplier la récupération en chauffage par un coefficient de 0,75 puisque la chaleur du désurchauffeur ne peut pas être comptée 2 fois. E ECS+Chauffage = (0,75 * ) * Pcomp = 6152 * Pcomp G- DUREE DE VIE DU PRODUIT OU SERVICE La profession, par l intermédiaire de notre expert froid commercial 2, nous indique que la durée de vie des groupes frigorifiques en Grandes et Moyennes Surfaces est comprise entre 10 et 20 ans. Les remodelings (changement des meubles de frigorifiques de vente mais pas des groupes frigorifiques) ont lieu environ tous les 7 ans. Nous prenons une durée de vie de l ensemble du système de récupération de chaleur de 13 ans, soit un coefficient d actualisation de 10,385 avec un taux de 4% par an. H- ECONOMIE D ENERGIE PAR OPERATION STANDARDISEE POUR L ATTRIBUTION DE CERTIFICATS D ECONOMIES D ENERGIE Exprimée en kwh actualisés cumulés sur la durée de vie du produit : Récupération pour valorisation en eau chaude sanitaire : Récupération pour valorisation en chauffage : Récupération pour valorisation en ECS et en chauffage : x P compresseur(s) x P compresseur(s) x P compresseur(s) Avec P compresseur(s), puissance électrique indiquée sur la plaque du ou des compresseur(s) en kwél. - Page 6/6